電氣設(shè)備在船舶中的應(yīng)用分析

摘 要：隨著我國工業(yè)制造水平的提升，船舶工業(yè)的發(fā)展越來越快，電氣設(shè)備對(duì)于船舶的運(yùn)行來說有著至關(guān)重要的作用。文章通過對(duì)于船舶工業(yè)的發(fā)展以及電氣設(shè)備在船舶中的應(yīng)用與維護(hù)分析，對(duì)電氣設(shè)備的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，對(duì)于未來船舶的發(fā)展方向進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；船舶工業(yè)；應(yīng)用維護(hù)

1 船舶工業(yè)的發(fā)展

從近十年中國造船業(yè)占世界造船市場(chǎng)份額的變化可以看出，中國造船業(yè)在全球市場(chǎng)上所占的比重正在明顯上升，中國已經(jīng)成為全球重要的造船中心之一。而國際制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢(shì)是中國船舶制造業(yè)發(fā)展面臨的最大機(jī)遇，在“十一五”期間中國造船業(yè)將對(duì)韓、日的領(lǐng)先地位形成有力的挑戰(zhàn)。然而，背后的設(shè)計(jì)能力用來支持該行業(yè)的發(fā)展，在短期內(nèi)，國際國內(nèi)航運(yùn)市場(chǎng)發(fā)展較快，為了行業(yè)繁榮，提供強(qiáng)有力保障的工業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)，需要提高制造水平和管理水平。但是提高運(yùn)營成本、鋼材等原材料價(jià)格上漲和持續(xù)的高油價(jià)，為企業(yè)的發(fā)展增添了巨大的壓力。國際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)已經(jīng)把造船業(yè)的巨大機(jī)遇展現(xiàn)在中國企業(yè)的面前，但在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，如何規(guī)避各種風(fēng)險(xiǎn)，如何把握機(jī)遇，是與企業(yè)發(fā)展命運(yùn)攸關(guān)的問題。

同時(shí)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)。環(huán)渤海灣、長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲造船基地成為世界級(jí)造船基地，產(chǎn)業(yè)集中度明顯提升，前10家造船企業(yè)造船完工量占全國總量的70%以上，進(jìn)入世界造船前十強(qiáng)企業(yè)達(dá)到5家以上。培育5個(gè)～6個(gè)具有國際影響力的海工裝備總承包商和一批專業(yè)化分包商。海洋工程裝備制造業(yè)銷售收入達(dá)到2000億元以上，國際市場(chǎng)份額超過20%。形成若干具有較強(qiáng)國際競(jìng)爭(zhēng)力的品牌修船企業(yè)。2015年船舶工業(yè)銷售收入達(dá)到12000億元，出口總額超過800億美元。為了保持良好的增長(zhǎng)勢(shì)頭，盡管中國的造船業(yè)受到國際金融危機(jī)的影響，船舶融資的難度提升，大量的新造船訂單的減少，為造船企業(yè)全面發(fā)展增加了許多風(fēng)險(xiǎn)，這已經(jīng)成為船舶工業(yè)生產(chǎn)和管理的重要問題。

2 船舶電氣設(shè)備的應(yīng)用

2.1 船舶電機(jī)

船舶電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，大多數(shù)電動(dòng)機(jī)通過相互作用的磁場(chǎng)和載流導(dǎo)體工作以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)具有許多相似之處，并且許多類型的電動(dòng)機(jī)可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。船舶電機(jī)可以由直流電或通過交流電供電，因此可以分為兩類：AC電動(dòng)機(jī)和DC電動(dòng)機(jī)。交流電機(jī)將交流電轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通常由2個(gè)基本部分組成：外部固定定子，其具有供應(yīng)交流電以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的線圈；附接到輸出軸的內(nèi)部轉(zhuǎn)子，其通過旋轉(zhuǎn)場(chǎng)給予扭矩。兩種主要類型的交流電動(dòng)機(jī)的區(qū)別在于所使用的轉(zhuǎn)子類型。感應(yīng)（異步）電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由感應(yīng)電流產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子必須轉(zhuǎn)動(dòng)得比定子磁場(chǎng)稍慢（或更快），以提供感應(yīng)電流。有3種類型的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，即鼠籠式轉(zhuǎn)子、繞線轉(zhuǎn)子和實(shí)心鐵心轉(zhuǎn)子。同步電機(jī)不依賴于感應(yīng)，因此可以精確地在供電頻率中多重旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)由通過滑環(huán)（勵(lì)磁機(jī)）或由永磁體傳遞的直流電產(chǎn)生。有刷直流電機(jī)通過使用內(nèi)部換向，固定永磁體和旋轉(zhuǎn)電磁鐵直接從直流電源產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。電刷和彈簧將電流從換向器傳送到電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)線繞組。無刷直流電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子中使用旋轉(zhuǎn)永磁體，并且在電動(dòng)機(jī)殼體上使用固定電磁體，電機(jī)控制器將直流轉(zhuǎn)換為交流。

2.2 船舶電站

在船舶電站系統(tǒng)中，將正常運(yùn)行設(shè)備作為參考對(duì)象，分析其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，然后將分析結(jié)果同故障設(shè)備的檢測(cè)結(jié)果做對(duì)比分析，根據(jù)對(duì)比結(jié)果便可以確定故障發(fā)生位置。此種檢測(cè)方法主要適用于定值校驗(yàn)過程中實(shí)測(cè)值與整定值存在較大偏差，同時(shí)又不能準(zhǔn)確確定故障發(fā)生原因的故障類型。另外，選擇此種方法對(duì)船舶電站的電磁型繼電器定值進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，如果繼電器實(shí)測(cè)值與整定值存在較大偏差時(shí)，要選擇用相同儀器對(duì)其他相同回路同類繼電器進(jìn)行診斷，然后將兩個(gè)繼電器的診斷結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確定是否真的存在運(yùn)行故障，而不是在第一次診斷后直接斷定該繼電器不合格，或者對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。船舶電站可以集中調(diào)試故障線路，作為一次設(shè)備集中保護(hù)了大量電站節(jié)點(diǎn)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)該加強(qiáng)其容錯(cuò)性。對(duì)于主干線路的開關(guān)控制以及線路自身的使用方面有著重要的意義。獨(dú)立性的開關(guān)可以將主線與支線在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行分割，便于解除故障。在母線的保護(hù)電路中可以采用多個(gè)電路來防止偶然性錯(cuò)誤造成的系統(tǒng)自動(dòng)判斷失誤。同一時(shí)段如果部分電路有問題，對(duì)應(yīng)支路可以替代其工作，并且保證了其同步性。

2.3 船舶水泵

船舶泵是通過機(jī)械作用移動(dòng)流體液體或氣體的裝置。泵根據(jù)其用于移動(dòng)流體的方法可以分為三個(gè)主要組：直接升力，位移和重力泵。泵通過一些機(jī)構(gòu)，通常為往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式操作，并且消耗能量以通過移動(dòng)流體來執(zhí)行機(jī)械工作。泵通過許多能源來操作，包括電力、發(fā)動(dòng)機(jī)或風(fēng)力發(fā)電。當(dāng)在外殼中只有一個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，則稱為單級(jí)泵。當(dāng)在套管中兩個(gè)或多于兩個(gè)的葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，則稱為雙級(jí)/多級(jí)泵。船舶泵送應(yīng)用由于增加的船舶活動(dòng)而增長(zhǎng)。此外，船舶生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)上游操作具有吸引力，因?yàn)槠鋵?dǎo)致更簡(jiǎn)單，更小的現(xiàn)場(chǎng)安裝，降低設(shè)備成本和提高生產(chǎn)率。實(shí)質(zhì)上，船舶泵可以用一件設(shè)備容納所有流體流性能，該設(shè)備具有較小的占地面積。通常，兩個(gè)較小的船舶泵串聯(lián)安裝，而不是只有一個(gè)大型泵。對(duì)于中游和上游操作，船舶泵可以位于海上船舶，并且可以連接到單個(gè)或多個(gè)井口。基本上，船舶泵用于將從油井產(chǎn)生的未處理的流動(dòng)流輸送到下游工藝或收集設(shè)施。船舶泵設(shè)計(jì)用于在變化或波動(dòng)的工藝條件下運(yùn)行。船舶泵還有助于減少溫室氣體的排放，因?yàn)椴僮鲉T盡可能減少氣體的燃燒和罐的排放。

2.4 船舶液壓機(jī)

船舶液壓機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶油箱油量的檢測(cè)與控制。液壓機(jī)是使用液壓缸產(chǎn)生壓縮力的裝置，它使用液壓等效的機(jī)械杠桿，液壓機(jī)來源于Pascal原理，整個(gè)封閉系統(tǒng)中的壓力是恒定的。系統(tǒng)的一部分是用作泵的活塞，其中適當(dāng)?shù)臋C(jī)械力作用在小的橫截面積上；另一部分是具有較大面積的活塞，其產(chǎn)生相應(yīng)較大的機(jī)械力。如果泵與壓力缸分離，則僅需要小直徑管。當(dāng)任一活塞被向內(nèi)推時(shí)，由于流體是不可壓縮的，所以小活塞移動(dòng)的體積等于大活塞移置的體積。

2.5 船舶空氣壓縮機(jī)

船舶中使用的壓縮機(jī)通常為密封的、開放的或半密封的，以壓縮機(jī)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器相對(duì)于被壓縮的氣體或蒸汽的位置。在密封的和大多數(shù)半封閉式壓縮機(jī)中，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)是集成的，并且在系統(tǒng)的加壓氣體包絡(luò)內(nèi)操作。電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成在被壓縮的制冷劑氣體中工作并由其冷卻。密封和半密封之間的區(qū)別是，密封使用一體式焊接鋼外殼，不能打開進(jìn)行維修；如果密封失效，其只是被整個(gè)新的單位取代。半密封使用帶有墊圈蓋的大型鑄造金屬外殼，可以打開以更換電機(jī)和泵組件。密封和半密封的主要優(yōu)點(diǎn)是沒有用于氣體泄漏出系統(tǒng)的路徑。開式壓縮機(jī)依靠軸密封件來保持內(nèi)部壓力，并且這些密封件需要潤滑劑如油以保持其密封性能。諸如汽車空調(diào)的開放式加壓系統(tǒng)可能更容易泄漏其工作氣體。開放系統(tǒng)依靠系統(tǒng)中的潤滑劑在泵部件和密封件上噴濺。如果操作不夠頻繁，則密封件上的潤滑劑緩慢蒸發(fā)，然后密封件開始泄漏，直到系統(tǒng)不再起作用且必須再充電。相比之下，船舶系統(tǒng)可以閑置多年，并且通常可以在任何時(shí)間再次啟動(dòng)，而不需要維護(hù)或經(jīng)歷系統(tǒng)壓力的任何損失。船舶壓縮機(jī)的缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器不能被修理或維護(hù)，并且如果電動(dòng)機(jī)失效，則必須更換整個(gè)壓縮機(jī)。另一個(gè)缺點(diǎn)是燒壞的繞組可能污染整個(gè)系統(tǒng)，從而需要將系統(tǒng)完全抽空并更換氣體。通常，船舶壓縮機(jī)用于高級(jí)的船舶動(dòng)力系統(tǒng)中，其修理的成本與裝置的價(jià)值比較高，并且僅購買新裝置將更經(jīng)濟(jì)。

3 電氣設(shè)備的維修與分析

電氣設(shè)備不能正常啟動(dòng)故障。原因及解決方案如下：（1）在連接或修理過程中，激磁繞組的接線連接時(shí)沒有實(shí)現(xiàn)磁極按N-S極性交替分布，檢查繞組的接線連接；（2）勵(lì)磁無電壓，檢查整流器或者是勵(lì)磁機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；（3）無勵(lì)磁電流，檢查繞組是否斷線，檢查電刷接觸狀況和電刷彈簧壓力是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。這種設(shè)計(jì)比有刷電機(jī)更簡(jiǎn)單，因?yàn)槠湎藢?dòng)力從電動(dòng)機(jī)外部傳遞到紡紗轉(zhuǎn)子的復(fù)雜性，無刷同步直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)例是可將整圈旋轉(zhuǎn)分成大量步進(jìn)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。（4）對(duì)于自激式同步發(fā)電機(jī)來講，磁極剩磁可能不足以自激，應(yīng)檢查充磁；（5）由于設(shè)備所處的環(huán)境潮濕或水分進(jìn)入絕緣體內(nèi)，設(shè)備散熱系統(tǒng)工作不良或主軸承磨損等原因造成發(fā)電機(jī)繞組和主軸承溫度高，拆檢發(fā)電機(jī)并進(jìn)行清潔、浸漆、烘干或者更換軸承等。同時(shí)，由于這些大的振動(dòng)會(huì)很容易使發(fā)電機(jī)可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置中的輸電線線被震斷。

電氣設(shè)備電壓異常。（1）由于外界因素干擾使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速突然改變從而引起電動(dòng)機(jī)輸出電壓突然變化，對(duì)于這種問題要針對(duì)外界因素的不同性質(zhì)采用適當(dāng)?shù)姆椒ǚ€(wěn)定電動(dòng)機(jī)的輸出速率；（2）采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ请妱?dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)的輸出速率增大，即是把電動(dòng)機(jī)的特性斜率增大；（3）另一個(gè)引起電動(dòng)機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定的原因是原動(dòng)機(jī)的靈敏度過高。具有調(diào)速器的電機(jī)控制是必要的，因?yàn)殡姍C(jī)需要緩慢地運(yùn)轉(zhuǎn)以防止損壞，并且一些應(yīng)用（例如產(chǎn)生交流電）需要精確的速度控制。調(diào)整原動(dòng)機(jī)解決方法是保持調(diào)速器的靈敏度，或者在調(diào)速器處設(shè)置阻尼器，在調(diào)速器處加入一個(gè)延時(shí)時(shí)間，用這種方法來穩(wěn)定電壓；（4）發(fā)電機(jī)的絕緣措施不到位由于發(fā)電機(jī)受潮或者是發(fā)生損傷使得絕緣電阻降低，而導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)不能正常的工作，影響船舶運(yùn)行。

4 總結(jié)與展望

為了將船舶的作用能效最大地展現(xiàn)出來，優(yōu)化船舶工業(yè)的工作效率與高質(zhì)量產(chǎn)能，需要加強(qiáng)管理，利用專門人才、高新技術(shù)來加強(qiáng)電氣設(shè)備制造技術(shù)，這也是船舶工業(yè)的工作重心之一。在船舶的生產(chǎn)中，電氣設(shè)備制造技術(shù)起到了舉足輕重的作用，結(jié)合實(shí)時(shí)的信息與數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)的、有針對(duì)性地對(duì)挖泥船的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化分析，電氣設(shè)備制造技術(shù)將會(huì)是未來船舶制造工程的一只尖兵。通過相關(guān)開發(fā)部門和技術(shù)人員的共同努力，船舶工業(yè)將會(huì)有著長(zhǎng)足的發(fā)展，我國的海上安全與建設(shè)將會(huì)得到更加切實(shí)的保障。船舶中的電氣設(shè)備制造也是船舶工業(yè)中一個(gè)必不可少的設(shè)備，在船舶工業(yè)高速發(fā)展的這幾年，我國將憑借更加高效的自動(dòng)化管理，屹立于世界船舶工業(yè)產(chǎn)能最大、效率最高的強(qiáng)國之中。

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作者簡(jiǎn)介：王凱（1983，6-），男，民族：漢族，籍貫：山東省煙臺(tái)市棲霞市，當(dāng)前職務(wù)：電氣主管，當(dāng)前職稱：工程師，學(xué)歷：本科，作者單位：交通運(yùn)輸部煙臺(tái)打撈局。